小型水庫溢洪道設計中存在的問題及對策工學論文
摘要以工程實例為分析資料,總結小型水庫溢洪道設計中出現的問題,并提出有效的處理措施,以為水庫安全提供參考。
關鍵詞小型水庫;溢洪道設計;存在的問題;對策
溢洪道在我國水利工程建設中是最為常見的建筑,在工程項目中能夠發揮出排除水庫存超蓄洪水的作用,使得水庫在汛期泄洪期間處于安全狀態。從完整的工程狀況看,溢洪道設計的好壞能夠直接影響水庫的安全狀況。
1調研概況
某市現有水庫188座,其中32座小(一)型水庫,156座小(二)型水庫。在勘察水庫時對各個水庫出現的安全問題進行詳細地檢查分析,總結小型水庫存在的問題及修整的方法。研究調查的結果顯示,該市的水庫中共存在45座病庫和37座險庫。面對存在的諸多問題,應給予足夠的重視,對導致問題的原因進行分析,并擬定有效的處理措施。否則,不但建筑工程發揮不了應有的作用,還會引起諸多的安全事故。技術人員在檢查水庫運用狀況時,對溢洪道的安全問題進行詳細的調研,以保證其使用的安全性。
2小型水庫溢洪道設計出現的問題
2.1溢洪道進出口段與壩身距離短
檢查中發現有較多的小型水利工程的溢洪道進出口段與壩身的間隔距離存在一定的問題[1],主要是間隔過短,壩肩和溢洪道只有單薄的山脊互相隔離。當進口段沒有使用相應的保護措施時尤其是護砌措施,泄洪后則會引起沖刷,給壩肩的安全造成巨大的傷害[2]。
2.2溢洪道設計尺寸較小
在設計小型水庫時常常要考慮到工程的資金消耗,而又必須要使得設計達到建筑工程的標準,在資金和標準的雙重壓力下,很多設計師常常會將設計尺寸進行改動,縮短尺寸大小,隨之引起參考的洪峰與洪量等洪水數據發生異常變化[3]。這些造成溢洪道設計的尺寸也相應減小,在建筑的巖體出現風化坍落后,發生泄洪渠淤積的概率則大大增加,讓水庫泄流難以正常進行。
2.3溢洪道平面彎道半徑大小不穩定
平面彎道半徑對溢洪道在設計而言,是一個隱藏的不穩定因素,隨著時間的變化,收縮忽小忽大,對于泄流的完成起阻礙作用。在遇到溢洪道陡坡段布置發生異常后會被彎道流態、流勢等因素干擾而出現變動,最終帶來的結果是出現兩岸的水面差,造成凹岸的水面壅高,很容易造成下游銜接的平直段內出現折沖水流,大大削弱泄流的能力。
2.4水力設計方法不合理
設計者在溢洪道的設計過程中沒有從專業的角度出發,研制出科學的設計方案,這就讓設計結果與方案難以達到實際工程的需要,水力設計方式不合理會給工程項目造成很大的阻礙。
2.5溢洪道陡坡比降過陡
陡坡比降過大對于溢洪道設計是極為重要的問題。部分溢洪道被設置在非巖性的山坡之上,其底部難以采取科學的反濾襯砌,一旦滲水后很容易出現滑坡現象,這會大大降低建筑結構的穩定性。
3處理小型水庫溢洪道設計問題的有效措施
3.1在溢洪道設計中合理地調整布局
在設計小型水庫的溢洪道工程過程中,應該堅持實事求是的原則,充分考慮到工程所在地的地形、地貌、環境等相關因素。從而對整個工程布局進行適當的調整,以保證設計結果達到標準要求。
3.1.1控制段。設計時需將泄流維持在均衡狀態,讓進口水流垂直于控制段的建筑物,并根據具體的情況與泄流要求,對寬頂堰或斷面堰合理安排,而堰的寬度大小需參照允許單寬流量進行調整。
3.1.2引流段。為使得引流能夠順利進行,通常設計時將其作為喇叭口是最佳效果,并盡可能的控制住損失大小,保持長度在有效狀態。
3.1.3消能工。選擇多級躍水或溢洪道末端躍流時需保持泄流方向遠離壩腳距離≥100~150 m。對非巖基而言,最為普遍的方法是進行地段處理,并把消力池安置在末端處。對泄流量很小的情況,應該利用消力坎的方式進行。遇到遠驅式水躍后要從多個角度避免出現沖刷現象,這就需要采取差動式消力坎的方案[4]。在巖基上,當溢洪道的尾端存在較陡的邊坎,通常使用挑射消能是最有效的方法。
3.1.4泄流段。泄流段常采取直線布置方法,這就在避免彎道與設置扭坡中發揮了重要的作用。在設計縱斷面過程中必須以現實的地質為基礎,對緩坡、陡坡或多級躍水等情況做出科學的選擇。
3.2各結構的計算
3.2.1消力池底板厚度滿足抗浮標準。因為底板周圍的邊界存在約束作用,使得滑動現象較為普遍,這就需要采取有效的措施進行抗浮。抗浮力的方式主要是對底板的浮重、水重進行計算,控制抗浮安全系數≥1.3~1.5,則為安全。
3.2.2陡坡護砌厚度滿足滑動安全標準。抗滑的安全系數在≥1.3~1.5范圍,則為安全。
3.2.3挑流鼻坎的尺寸滿足各種穩定需要。在計算時需要結合力學方法進行,抗滑安全系數為≥1.3~1.5,抗傾安全系數≥1.5。并對形成的合力進行計算,保持最大和最小應力比值在≤3~5之間,以防止出現沉陷[5]。
4結語
總而言之,針對小型水庫溢洪道設計中存在的問題采取有效地處理措施是必不可少的工作,這不僅使水利工程使用功能得到有效發揮,在擬定處理方案時應該對地質構造、水文資料做好處理,這樣才能保證工程的功能得到發揮。
5參考文獻
[1] 王亞東.勃利縣九龍水庫溢洪道數值模擬試驗分析[J].黑龍江水專學報,2007(4):89.
[2] 夏連富,江新春.小型水庫溢洪道基礎抗凍措施[J].水利科技與經濟,2008(6):493.
[3] 陳芳.水庫溢洪道設計計算的探討[J].水利科技與經濟,2009(7):568-569.
[4] 馬丹.水庫溢洪道除險加固工程設計思路[J].水利科技與經濟,2010(2):157-158.
[5] 郝成東.增城市山角水庫溢洪道水力計算[J].黑龍江水利科技,2010(2):77-78.
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